【文章內(nèi)容簡介】 頂件上端面在擠壓時，其中心處的單位壓力最大。如擠壓件下端面的平整度要求高時，可以在頂桿上端面做成圓錐面，如圖b所示，～，這樣可以抵消單位擠壓力造成的彈性變形，以確保擠壓件得到平整的底平面。 三、反擠凸模與凹模制造尺寸與公差反擠壓時，模具工作部分的間隙，決定了擠壓件壁厚的大小。由于擠壓時模具工作部分的磨損，這個間隙就會越來越大，因此擠壓件的壁厚尺寸也越來越大，在設計模具工作部分的尺寸和公差時，必須考慮模具有一定的磨損量，同時又不影響擠壓件的尺寸精度要求。這樣既可以擠出合格的產(chǎn)品，又可以提高模具的使用壽命。下面分兩種情況來進行計算。擠壓件尺寸公差如圖619所示。第三節(jié) 預應力組合凹模設計在冷擠壓的生產(chǎn)實踐中，人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，如果整體式凹模在擠壓中受到的單位擠壓力較大時，往往導致凹模向外擴展而產(chǎn)生切向開裂，如圖620所示。為了提高冷擠壓凹模的強度，確保凹模在較大的單位擠壓力下有較長的使用壽命，一般均采用預應力組合凹模結構形式。所謂組合凹模就是利用過盈配合，用一個或兩個預應力圖將凹模緊套起來而制成的多層凹模結構。 根據(jù)單位擠壓力大小，冷擠壓凹?？刹捎萌N類型（圖621），即：整體式凹模圖a，兩層組合凹模圖b，三層組合凹模圖c。其中左半圖為末壓合前，右半圖為壓合后。　 一、整體式凹模受力分析冷擠壓時，整體式凹模內(nèi)腔受到變形金屬材料的徑向壓力，這種受力狀況近似于厚壁圓筒承受徑向內(nèi)壓的受力狀態(tài)。其之所以是近似，是因為冷擠壓時凹模不在厚壁圓筒內(nèi)壁整個高度上受壓力，另外據(jù)有限元數(shù)值計算及實測，凹模內(nèi)壁所受的單位擠壓力低于凸模端面上的單位擠壓力，因此用這種假設所計算的凹模應力值是偏大的，設計是安全的。先分析厚壁圓筒的受力情況。當厚壁圓筒的內(nèi)半徑為r外半徑為r受內(nèi)壓力p外壓力p而無軸向力作用時，厚壁圓筒筒壁任意一點r處的應力可由拉美（Lame）公式求得. 可以看出：（1）當作用在整體式及凹模內(nèi)壁的最大切向拉應力超過凹模材料抗拉強度時，就要從凹模內(nèi)壁處產(chǎn)生裂紋而造成切向開裂。（2）當作用在整體式凹模內(nèi)壁的最大等效應力超過凹模材料許用應力時，就要從凹模內(nèi)璧處開始產(chǎn)生破壞。 綜上所述，在冷擠壓單位擠壓力較高的情況下，凹模不宜采用整體式凹模。通過理論分析和試驗驗證，為了提高凹模強度，防止凹模的切向開裂及凹模內(nèi)壁的破壞，采用預應力的組合凹模是種行之有效的方法。 二、組合凹模受力分析為了分析問題簡單起見，這里對兩層組合凹模（即內(nèi)凹模和預應圈）的受力進行分析。 １．未擠壓時組合凹模預應力分布（１）內(nèi)凹模受接觸預壓力p作用時的預應力分布 （２）預應力圈受接觸預壓力作用時的預應力分布 （３）組合凹模組合后而未擠壓時的預應力分布組合凹模組合后而未擠壓時的預應力等于內(nèi)凹模受接觸預壓力p2k作用產(chǎn)生的預應力與預應力圈受接觸預壓力p2k′作用產(chǎn)生的預應力相疊加而成，其分布情況如圖626所示。 ２．組合凹模擠壓時的應力分布（１）組合凹模作為整體凹模時應力分布（２）組合凹模擠壓時的實際應力分布組合凹模擠壓時的實際應力應為未擠壓時預應力與擠壓時不考慮接觸預應力時的應力相疊加而成，其分布情況見圖628。從圖中可以看出，由于組合凹模中的內(nèi)凹模與預應力圈采用過盈配合，壓入后兩者的接觸面產(chǎn)生接觸預應力，該接觸預應力使內(nèi)凹模上產(chǎn)生切向壓應力；而預應力圈上產(chǎn)生切向拉應力。因此，組合凹模擠壓時，內(nèi)凹模所產(chǎn)生的切向拉應力就被抵消而減小，而預應力圈上所產(chǎn)生的切向拉應力被疊加而增加。這樣，內(nèi)凹模與預應力圈的切向應力趨于相同。如果組合凹模預應力圈的尺寸選擇得適當，其過盈量也足夠大，甚至可以使內(nèi)凹模的內(nèi)壁在擠壓時完全沒有切向拉應力。對一定尺寸的組合凹模進行強度分析可得知：。 組合凹模的優(yōu)點是：（1）顯著地提高內(nèi)凹模在擠壓時的承載能力，提高內(nèi)凹模的強度。（2）節(jié)省了昂貴的模具鋼。原來整個凹模要用高級合金工具鋼制成，現(xiàn)在僅內(nèi)凹模用高級合金工具鋼即可，預應力圈可改用較差一些的合金鋼或中碳鋼來制成。（3）由于內(nèi)凹模尺寸小，熱處理容易，提高了模具鋼熱處理的質(zhì)量，同時小尺寸規(guī)格模具鋼的碳化物偏析情況得到改善，提高了模具鋼的原始材質(zhì)。當內(nèi)凹模損壞后，僅需調(diào)換內(nèi)凹模，預應力圈仍可繼續(xù)使用。(4)內(nèi)凹?？梢圆捎糜操|(zhì)合金，大大地延長模具使用壽命。硬質(zhì)合金呈脆性、抗拉性能差，其不可能作為整體式凹模的材料。但當組合凹模設計得使內(nèi)凹模內(nèi)壁在擠壓時完全沒有切向拉應力或切向拉應力較小時，硬質(zhì)合金就能作為內(nèi)凹模的材料充分發(fā)揮其硬度高、極耐磨的特點，可廣泛地應用于大批量擠壓的場合。三、組合凹模尺寸計算組合凹模尺寸計算首先要確定凹模的形式，即采用整體式還是采用兩層或三層組合凹模；其次要確定組合凹模內(nèi)凹模和各層預應力圈的直徑；最后決定內(nèi)凹模和各層預應力圈的徑向過盈量和軸向壓合量。１．凹模形式的確定 在設計組合凹模時，根據(jù)內(nèi)凹模使用材料可分為兩種情況：（１）一般工具鋼制成的內(nèi)凹模，有足夠的抗拉強度，允許在一定的拉應力狀態(tài)下工作。 當單位擠壓力p≤1100MPa時，可采用整體式凹模。當1100MPap≤1600MPa時，可采用兩層組合凹模（即具有一層預應力圈）。當1600MPap≤2500MPa時，可采用三層組合凹模（即具有兩層預應力圈）。（2）硬質(zhì)合金作為內(nèi)凹模材料，由于抗拉強度很低甚至為零。設計時就必須設定其不允許在拉應力狀態(tài)下工作。當p≤1100MPa時，采用兩層組合凹模；當1100MPa≤p≤1900MPa時應采用三層組合凹模。整體式凹模在這種情況下沒有使用價值。２．組合凹模各圈尺寸確定 凹模的總直徑比a一般取4～6的數(shù)值，但對于多層組合凹模而言，中間各圈直徑的確定必須合理，否則會影響凹模的強度。 ３．組合凹模徑向過盈量μ與軸向壓合量C的確定（１）兩層組合凹模徑向過盈量μ2與軸向壓合量C2見(圖621)的確定 在決定了各圈直徑后,可按圖631與圖632決定d2處的徑向過盈量μ2與軸向壓合量C2。先按圖631與圖632查出徑向過盈量系數(shù)β2與軸向壓合量系數(shù)δ2,然后按下式計算徑向過盈量μ2(雙向)與軸向壓合量C2。μ2=β2ｄ2 ， C2=δ2ｄ2式中 ｄ2——預應力圈內(nèi)徑(mm)；μ2——ｄ2處的徑向雙向過盈量(mm) ； β2——徑向過盈系數(shù)；C2——ｄ2處的軸向壓合量(mm)； δ2——ｄ2處的軸向壓合系數(shù)。 （２）三層組合凹模徑向過盈量μμ3與軸向壓合量CC3(見圖621)的確定在決定了三層組合凹模的各圈直徑之后,便可按圖633與圖634查出徑向過盈系數(shù)β與軸向壓合系數(shù)δ,然后按下式計算徑向過盈量μμ3與軸向壓合量CC3　。μ2=β2ｄ2 ， C2 =δ2ｄ2μ3=β3ｄ3 ， C3　=δ3ｄ3式中 μμ3————ｄｄ3處的徑向雙向過盈量（ｍｍ）；C C 3————ｄｄ3處的軸向壓合量（ｍｍ）；ββ3——ｄｄ3處的徑向過盈系數(shù)；δδ3——ｄｄ3處的軸向壓合系數(shù)；四、組合凹模的壓合工藝根據(jù)組合凹模過盈量的大小及具體的生產(chǎn)條件，選用適當?shù)膲汉瞎に?。目前在生產(chǎn)實踐中主要有以下三種方法：１．熱壓配合法 先將外圈加熱后再套到內(nèi)圈上，利用熱脹冷縮的原理使外圈在冷卻后將內(nèi)圈包緊，也俗稱為“紅套”。采用這種方法，各圈的配合面均為圓柱面，加工容易。但當預緊過盈量較大時，預應力圈的加熱溫度可能高于材料的回火溫度（一般回火溫度為500～600℃），就會使材料的硬度下降，縮短凹模的使用壽命。外圈加熱選擇的熱膨脹變形要比實際所需的熱膨脹變形大10％。對于加熱溫度高于450℃時，必須采用防氧化措施。因此熱壓配合法僅適用于小過盈量的壓合。２．冷壓配合法 采用干冰或低溫處理裝置將內(nèi)凹模冷卻，然后再將預應力圈套在內(nèi)凹模外。這種方法各圈的配合面也均為圓柱面。由于冷卻溫度有一定限制，該法也僅適用于小過盈量的壓合。３．常溫強力壓合法 常溫強力壓合時各圈的配合面均為錐面，錐面配合斜度γ一般采用1186。3039。，不宜超過3176。，否則在使用過程中會自動松脫。各圈配合面要有70％以上的面積相貼合，否則將造成預緊力達不到要求而使得內(nèi)凹模開裂。三層組合凹模壓合時，各圈的壓合次序是自外向內(nèi)，即先將中預應力圈壓入外預應力圈中，再將內(nèi)凹模壓入中預應力圈中。壓出次序則相反。壓合后的內(nèi)凹模的型腔尺寸有所收縮，必須進行修正，也可以對收縮量進行理論計算或憑經(jīng)驗數(shù)據(jù)，預先把收縮量計入，以便壓入后內(nèi)凹模型腔尺寸為所需的尺寸。常溫壓合法一般在油壓機上進行，壓合時必須采用一些必須的防護裝置，如有機玻璃擋板，以保證操作者的安全。第四節(jié)　卸件和頂出裝置設計擠壓結束后，擠壓件由于彈性變形的恢復，有可能緊包在凸模上，也有可能卡在凹模型腔內(nèi)，需要將擠壓件卸下或頂出。將擠壓件從凸模上卸下的裝置稱為卸件裝置，將擠壓件從凹模型腔內(nèi)頂出的裝置稱為頂出裝置。一、卸件裝置當凸模向下運動進行擠壓時，卸料板下面的彈簧被壓縮。當擠壓結束后凸模向上運動時彈簧恢復，使卸料板與固定螺栓的螺母端面相靠緊。凸模繼續(xù)向上運動時，擠壓件碰到卸料板被卡下。這種結構可以減小凸模的長度。裝在卸料板內(nèi)的卸件環(huán)經(jīng)熱處理淬火，提高其耐磨性，延長卸料板的使用壽命，同時使卸料板具有通用性，通過更換卸件環(huán)